專利名稱：化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體及研磨方法、調(diào)制用的試劑盒的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體及化學(xué)機(jī)械研磨方法，以及用于調(diào)制化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體的試劑盒。
更詳細(xì)地說(shuō)，本發(fā)明涉及化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體及采用該水系分散體的化學(xué)機(jī)械研磨方法、以及用于調(diào)制化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體的試劑盒，其中，所述化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體是用于半導(dǎo)體裝置的制造工序中的，其可以高效地化學(xué)機(jī)械研磨各個(gè)設(shè)置于半導(dǎo)體基板上的各種被研磨材料，而且可以得到充分平坦化的高精度加工面。
背景技術(shù)：
近年，隨著半導(dǎo)體裝置的高密度化，形成的配線更加微細(xì)化。作為可以得到這種配線更加微細(xì)化的技術(shù)，已知被稱為鑲嵌法的技術(shù)。這種鑲嵌法是一種在絕緣材料中形成的槽等中埋入配線材料之后，通過(guò)用化學(xué)機(jī)械研磨來(lái)除去在槽以外堆積的剩余配線材料，從而形成希望的配線的方法。在此，在使用銅或銅合金作為配線材料時(shí)，為了避免銅原子向絕緣體中遷移(migration)，通常在銅或銅合金與絕緣體的界面上形成以鉭、氮化鉭、氮化鈦等作為材料的金屬屏蔽膜。
在用銅或銅合金作為配線材料的半導(dǎo)體裝置的制造中采用鑲嵌法時(shí)，盡管其化學(xué)機(jī)械研磨的方法是多種多樣的，但優(yōu)選含有主要進(jìn)行除去銅或銅合金的第一研磨處理工序和主要除去金屬屏蔽膜的第二研磨工序的2個(gè)階段的化學(xué)機(jī)械研磨。
在此，在第二研磨處理工序中，通常為了校正在第一研磨處理工序中配線部分中常發(fā)生的稱為凹陷或磨耗的凹狀的表面缺陷而得到高度平坦化的被研磨面，不僅除去配線部分以外的金屬屏蔽膜，還對(duì)在除去金屬屏蔽膜之后露出的絕緣膜進(jìn)行了稍微研磨。此時(shí)，除了絕緣膜之外，在配線部分中，同時(shí)化學(xué)機(jī)械研磨作為配線材料的銅或銅合金、以及在配線材料與絕緣膜之間形成的金屬屏蔽膜。
因此，為了得到充分平坦化的高精度加工面，在第二研磨處理工序中使用的化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體，優(yōu)選銅或銅合金、金屬屏蔽膜以及絕緣膜的除去速度是相同的。
為了實(shí)現(xiàn)這樣的目的，在特開(kāi)2001-196336號(hào)公報(bào)中公開(kāi)了含有研磨劑、氧化劑及特定的研磨速度調(diào)整劑的化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體，并在其實(shí)施例中進(jìn)行了將化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體用于第二研磨處理工序中的2個(gè)階段研磨，其中，所述化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體的特征如下銅膜的研磨速度RCu與金屬屏蔽膜的研磨速度RBM的比RCu/RBM為0.66～1.11，銅膜的研磨速度RCu與絕緣膜的研磨速度RIn的比RCu/RIn為0.72～1.42。
然而，以往作為半導(dǎo)體裝置中的絕緣膜，多使用通過(guò)化學(xué)蒸鍍法(CVD(Chemical Vapor Deposit)法)等真空工藝過(guò)程形成的氧化硅膜，這種通過(guò)真空工藝過(guò)程形成的氧化硅膜，介電常數(shù)較高。
近年來(lái)，以提高半導(dǎo)體裝置的性能為目的，絕緣膜的低介電常數(shù)化不斷發(fā)展，開(kāi)發(fā)出采用低介電常數(shù)絕緣膜材料的半導(dǎo)體裝置。作為低介電常數(shù)絕緣膜材料，例如，可以舉出把含硅化合物進(jìn)行等離子體聚合而得到的絕緣膜、聚硅氧烷、聚硅氨烷、聚亞芳基醚、聚苯并唑、聚酰亞胺、倍半硅氧烷(シルセスキオキサン)等。
但是，這些低介電常數(shù)絕緣膜與通過(guò)真空工藝過(guò)程形成的氧化硅膜相比，由于機(jī)械強(qiáng)度小、柔軟且脆，因此通過(guò)鑲嵌法制造以這些材料作為絕緣膜的半導(dǎo)體基板時(shí)，如果用以往已知的化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨，則有時(shí)在作為被研磨物的半導(dǎo)體基板上發(fā)生刮痕或脫皮，產(chǎn)品的收率成為問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述情況，本發(fā)明的目的在于提供化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體及采用該水系分散體的化學(xué)機(jī)械研磨方法，以及用于調(diào)制化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體的試劑盒。其中，所述化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體可以高效地研磨各種被研磨物，可以得到充分平坦化的高精度加工面，而且即使對(duì)以機(jī)械強(qiáng)度差的低介電常數(shù)材料作為絕緣膜的半導(dǎo)體基板進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨，也可以減少在作為被研磨物的半導(dǎo)體基板上刮痕或脫皮的發(fā)生。
本發(fā)明第1種形式的化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體，含有(A)成分無(wú)機(jī)粒子、(B)成分選自有機(jī)粒子及有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合粒子中的至少1種、(C)成分選自喹啉羧酸、喹啉酸、2元有機(jī)酸(但喹啉酸除外)及羥基酸中的至少1種、(D)成分選自苯并三唑及其衍生物中的至少1種、(E)成分氧化劑以及(F)成分水。
上述(A)成分的配合量為0.05～2.0質(zhì)量％，上述(B)成分的配合量為0.005～1.5質(zhì)量％，上述(A)成分的配合量(WA)與上述(B)成分的配合量(WB)的比(WA/WB)為0.1～200，而且pH值為1～5。
在上述化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體中，上述(C)成分的配合量可以為0.005～3.0質(zhì)量％。
在上述化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體中，上述(A)成分可以為二氧化硅粒子。
在上述化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體中，上述(D)成分可以為苯并三唑，而且其配合量可以為0.01～5.0質(zhì)量％。
在上述化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體中，上述(E)成分可以為過(guò)氧化氫，而且其配合量可以為0.01～5.0質(zhì)量％。
本發(fā)明第2種形式的用于調(diào)制化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體的試劑盒，其是將液體(I)和液體(II)混合，用于調(diào)制上述化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體的試劑盒。
上述液體(I)是水系分散體，含有(A)無(wú)機(jī)粒子、(B)選自有機(jī)粒子及有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合粒子中的至少1種、(C)選自喹啉羧酸、喹啉酸、2元有機(jī)酸(但喹啉酸除外)及羥基酸中的至少1種、(D)選自苯并三唑及其衍生物中的至少1種以及(F)水，上述液體(II)含有(E)氧化劑和(F)水。
本發(fā)明第3種形式的用于調(diào)制化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體的試劑盒，其是將液體(I)和液體(II)混合，用于調(diào)制上述化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體的試劑盒。
上述液體(I)是水系分散體，含有(A)無(wú)機(jī)粒子、(B)選自有機(jī)粒子及有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合粒子中的至少1種以及(F)水，上述液體(II)含有(C)選自喹啉羧酸、喹啉酸、2元有機(jī)酸(但喹啉酸除外)及羥基酸中的至少1種以及(F)水。
本發(fā)明第4種形式的用于調(diào)制化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體的試劑盒，其是將液體(I)、液體(II)及液體(III)混合，用于調(diào)制上述化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體的試劑盒。
上述液體(I)是水系分散體，其含有(A)無(wú)機(jī)粒子、(B)選自有機(jī)粒子及有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合粒子中的至少1種以及(F)水。
上述液體(II)含有(C)選自喹啉羧酸、喹啉酸、2元有機(jī)酸(但喹啉酸除外)及羥基酸中的至少1種以及(F)水。
上述液體(III)含有(E)氧化劑和(F)水。
在上述試劑盒中，上述液體(I)可以進(jìn)一步含有從(C)選自喹啉羧酸、喹啉酸、2元有機(jī)酸(但喹啉酸除外)及羥基酸中的至少1種酸、(D)選自苯并三唑及其衍生物中的至少1種以及(E)氧化劑中選出的1種或更多種成分。
在上述試劑盒中，上述液體(II)可以進(jìn)一步含有從(A)無(wú)機(jī)粒子、(B)選自有機(jī)粒子及有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合粒子中的至少1種、(D)選自苯并三唑及其衍生物中的至少1種以及(E)氧化劑中選出的1種或更多種成分。
本發(fā)明第5種形式的化學(xué)機(jī)械研磨方法，其包含如下過(guò)程在同一條件下分別化學(xué)機(jī)械研磨銅膜、金屬屏蔽膜和絕緣膜時(shí)，使用銅膜的研磨速度RCu與金屬屏蔽膜的研磨速度RBM的比RCu/RBM為50或更大，而且銅膜的研磨速度RCu與絕緣膜的研磨速度RIn的比RCu/RIn為50或更大的化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體對(duì)被研磨物進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨之后，使用上述第1種形式的化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體對(duì)該被研磨物進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨。
通過(guò)上述化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體及采用該水系分散體的化學(xué)機(jī)械研磨方法、以及用于調(diào)制上述化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體的試劑盒，可以高效地研磨各種被研磨物，從而可以得到充分平坦化的高精度加工面，而且即使對(duì)以機(jī)械強(qiáng)度差的低介電常數(shù)材料作為絕緣膜的半導(dǎo)體基板進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨，也可以減少在作為被研磨物的半導(dǎo)體基板上刮痕或脫皮的發(fā)生。


表示本發(fā)明第2種實(shí)施方式所述的化學(xué)機(jī)械研磨方法的被研磨面的一個(gè)例子的概略圖。
表示本發(fā)明第2種實(shí)施方式所述的化學(xué)機(jī)械研磨方法的被研磨面的一個(gè)例子的概略圖。
符號(hào)說(shuō)明1 復(fù)合基板原材料11基板(例如硅制)12絕緣膜(例如PETEOS制)13金屬屏蔽膜14金屬膜21絕緣膜(例如硅氧化物制)
22絕緣膜(例如硅氮化物)具體實(shí)施方式
1.化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體本發(fā)明第1種實(shí)施方式所涉及的化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體，含有(A)成分無(wú)機(jī)粒子、(B)成分選自有機(jī)粒子及有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合粒子中的至少1種粒子、(C)成分選自喹啉羧酸、喹啉酸、2元有機(jī)酸(但喹啉酸除外)及羥基酸中的至少1種酸、(D)成分選自苯并三唑及其衍生物中的至少1種、(E)成分氧化劑以及(F)成分水。在上述化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體中，(A)成分的配合量為0.05～2.0質(zhì)量％，(B)成分的配合量為0.005～1.5質(zhì)量％，(A)成分的配合量(WA)與(B)成分的配合量(WB)的比(WA/WB)為0.1～200，而且pH值為1～5。本發(fā)明第1種實(shí)施方式所涉及的化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體是將上述各成分溶解和/或分散于水系介質(zhì)中的物質(zhì)。
下面，對(duì)本發(fā)明第1種實(shí)施方式所涉及的化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體所配合的各成分進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
1.1.(A)成分本發(fā)明第1種實(shí)施方式所涉及的化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體所配合的(A)成分(以下也稱為“(A)無(wú)機(jī)粒子”)是無(wú)機(jī)粒子。作為(A)無(wú)機(jī)粒子，例如，可以舉出二氧化硅、氧化鋁、二氧化鈦、氧化鋯、二氧化鈰等。作為二氧化硅，例如，可以舉出熱解法(ヒユ一ムド法)二氧化硅、用溶膠凝膠法合成的二氧化硅、熱解法二氧化硅等。熱解法二氧化硅可以通過(guò)在氣相中使氯化硅等與氧和水反應(yīng)而得到。用溶膠凝膠法合成的二氧化硅可以把烷氧基硅化合物作為原料，通過(guò)水解反應(yīng)和/或縮合反應(yīng)而得到。膠體二氧化硅例如可以通過(guò)使用預(yù)先精制過(guò)的原料的無(wú)機(jī)膠體法等而得到。
作為(A)無(wú)機(jī)粒子，在上述粒子中，更優(yōu)選二氧化硅。
作為(A)無(wú)機(jī)粒子，相對(duì)于磨料，優(yōu)選將雜質(zhì)金屬含量設(shè)為10ppm或更低，更優(yōu)選設(shè)為5ppm或更低，進(jìn)一步優(yōu)選設(shè)為3ppm或更低，特別優(yōu)選設(shè)為1ppm或更低。作為雜質(zhì)金屬，例如，可以舉出鐵、鎳、鋅等。
(A)無(wú)機(jī)粒子的平均分散粒徑，優(yōu)選為5～1000nm，更優(yōu)選為7～700nm，進(jìn)一步優(yōu)選為10～500nm。通過(guò)使用此范圍的平均分散粒徑的磨料，可以同時(shí)滿足研磨速度和被研磨面的平滑性等質(zhì)量。
本發(fā)明第1種實(shí)施方式所述的化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體所配合的(A)無(wú)機(jī)粒子的配合量，相對(duì)于上述化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體的總量，為0.05～2.0質(zhì)量％，優(yōu)選為0.1～2.0質(zhì)量％，更優(yōu)選為0.1～1.5質(zhì)量％。相對(duì)于上述化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體的總量，將(A)無(wú)機(jī)粒子的配合量設(shè)為0.05～2.0質(zhì)量％，由此可以使低介電常數(shù)絕緣膜的損失最小化，而且可以制成高研磨速度的化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體。
1.2.(B)成分本發(fā)明第1種實(shí)施方式所述的化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體所配合的(B)成分是選自有機(jī)粒子及有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合粒子中的至少1種。
作為(B)成分能夠使用的有機(jī)粒子，例如，可以舉出聚氯乙烯、苯乙烯(共)聚合物、聚縮醛、聚酯、聚酰胺、聚碳酸酯、烯烴(共)聚合物、苯氧樹脂、丙烯酸(共)聚合物等。作為烯烴(共)聚合物，例如可以舉出聚乙烯、聚丙烯、聚-1-丁烯、聚-4-甲基-1-戊烯等。作為丙烯酸(共)聚合物，例如，可以舉出聚甲基丙烯酸甲酯等。
另外，作為(B)成分能夠使用的有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合粒子，上述有機(jī)粒子和無(wú)機(jī)粒子只要是在化學(xué)機(jī)械研磨工序時(shí)，不容易分離的程度地形成一體就可以，其種類、組成等沒(méi)有特別的限定。作為在有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合粒子中能夠使用的無(wú)機(jī)粒子，例如，可以使用上述作為(A)無(wú)機(jī)粒子示例的物質(zhì)。
有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合粒子，例如，可以采用以下的組成。
(i)在有機(jī)粒子存在的條件下，使金屬或硅的烷氧基化合物縮聚而得到的有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合粒子。在此，作為金屬或硅的烷氧基化合物，例如，可以舉出烷氧基硅烷、烷氧基鋁、烷氧基鈦等。在這種情況下，精制的縮聚物可以直接結(jié)合在有機(jī)粒子具有的官能團(tuán)上，也可以借助適宜的偶合劑(例如硅烷偶合劑等)來(lái)結(jié)合。
(ii)通過(guò)靜電力結(jié)合具有符號(hào)相異的Zeta電位的有機(jī)粒子和無(wú)機(jī)粒子的有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合粒子。在這種情況下，可以是通過(guò)在有機(jī)粒子Zeta電位的符號(hào)與無(wú)機(jī)粒子Zeta電位的符號(hào)不同的pH范圍內(nèi)將兩者混合而形成的復(fù)合粒子，或者，也可以是在有機(jī)粒子的Zeta電位符號(hào)與無(wú)機(jī)粒子的Zeta電位符號(hào)相同的pH范圍內(nèi)將兩者混合之后，通過(guò)改變液性至有機(jī)粒子的Zeta電位與無(wú)機(jī)粒子的Zeta電位的符號(hào)相異的pH范圍而形成的復(fù)合粒子。
(iii)在上述(ii)的復(fù)合粒子存在的條件下，使金屬或硅的烷氧基化合物縮聚而得到的有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合粒子。在此，作為金屬或硅的烷氧基化合物，可以使用與上述(i)的情況相同的物質(zhì)。
(B)成分的粒子的平均分散粒徑，優(yōu)選為20～5000nm，更優(yōu)選為30～2000nm，進(jìn)一步優(yōu)選為50～1000nm。通過(guò)將平均分散粒徑設(shè)為該范圍，可以得到良好的被研磨面與研磨速度的平衡。
(B)成分的配合量，相對(duì)于本發(fā)明第1種實(shí)施方式所述的化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體的總量，為0.005～1.5質(zhì)量％，優(yōu)選為0.01～1.0質(zhì)量％，更優(yōu)選為0.05～0.5質(zhì)量％。相對(duì)于上述化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體的總量，將(B)成分的配合量設(shè)為0.005～1.5質(zhì)量％，由此可以制成使配線部分的凹陷和基板上的缺陷均最小限度化的化學(xué)研磨用水系分散體。
(A)成分的配合量(WA)與(B)成分的配合量(WB)的比(WA/WB)為0.1～200，優(yōu)選為0.5～150，更優(yōu)選為1～100。通過(guò)將兩種粒子的比(WA/WB)設(shè)為0.1～200，可以制成化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體，其特征為特別是在對(duì)含有低介電常數(shù)材料作為絕緣膜的半導(dǎo)體裝置進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨時(shí)，絕緣膜的損壞和配線部分的凹陷都達(dá)到最小限度。
1.3.(C)成分本發(fā)明第1種實(shí)施方式所述的化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體所配合的(C)成分，是選自喹啉羧酸、喹啉酸、2元有機(jī)酸(但喹啉酸除外)及羥基酸中的至少1種。
(C)成分更優(yōu)選碳原子數(shù)為4或更多的化合物。作為碳原子數(shù)為4或更多的2元羧酸，例如，可以舉出馬來(lái)酸、琥珀酸、富馬酸、正戊二酸、己二酸等。作為碳原子數(shù)為4或更多的羥基酸，例如，可以舉出檸檬酸、蘋果酸、酒石酸等。
作為(C)成分，更優(yōu)選為選自喹哪啶酸(2-喹啉羧酸)、喹啉酸(2，3-吡啶二羧酸)、馬來(lái)酸、檸檬酸及蘋果酸中的1種酸。
(C)成分的配合量，相對(duì)于上述化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體的總量，優(yōu)選為0.005～3.0質(zhì)量％，更優(yōu)選為0.01～2.0質(zhì)量％。通過(guò)將(C)成分的配合量設(shè)為0.005～3.0質(zhì)量％，可以得到研磨速度與良好的被研磨面的平衡。
1.4.(D)成分本發(fā)明第1種實(shí)施方式所述的化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體所配合的(D)成分，是選自苯并三唑及其衍生物中的至少1種。在此，“苯并三唑衍生物”是指苯并三唑所具有的一個(gè)或二個(gè)或更多個(gè)氫原子用例如羧基、甲基、氨基、羥基等官能團(tuán)取代后的物質(zhì)。
作為(D)成分，優(yōu)選苯并三唑、甲基苯并三唑、4-羧基苯并三唑及其鹽、7-羧基苯并三唑及其鹽、苯并三唑丁酯、1-羥甲基苯并三唑、1-羥基苯并三唑、1-(2，3-二羥丙基)-苯并三唑、1-(2-羥乙基)-苯并三唑、2-(苯并三唑基)-乙磺酸及其鹽、1-(2-乙基己基氨基甲基)-苯并三唑等，更優(yōu)選苯并三唑、甲基苯并三唑、4-羧基苯并三唑及其鹽、7-羧基苯并三唑及其鹽、苯并三唑丁酯、1-羥甲基苯并三唑、1-羥基苯并三唑，最優(yōu)選苯并三唑。
作為(D)成分的配合量，相對(duì)于上述化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體的總量，優(yōu)選為0.01～5.0質(zhì)量％，更優(yōu)選為0.05～2.0質(zhì)量％。相對(duì)于上述化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體的總量，通過(guò)將(D)成分的配合量設(shè)為0.01～5.0質(zhì)量％，可以得到研磨速度與良好的被研磨面的平衡。
1.5.(E)成分本發(fā)明第1種實(shí)施方式所述的化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體所配合的(E)成分是氧化劑(以下也稱為“(E)氧化劑”。)。作為(E)氧化劑，例如，可以舉出過(guò)硫酸鹽、過(guò)氧化氫、無(wú)機(jī)酸、有機(jī)過(guò)氧化物、多價(jià)金屬鹽等。作為過(guò)硫酸鹽，可以舉出過(guò)硫酸銨、過(guò)硫酸鉀等。作為無(wú)機(jī)酸，可以舉出硝酸、硫酸等。作為有機(jī)過(guò)氧化物，可以舉出過(guò)乙酸、過(guò)安息香酸、叔丁基氫過(guò)氧化物等。作為多價(jià)金屬鹽，可以舉出高錳酸化合物、重鉻酸化合物等，更具體而言，作為高錳酸化合物，可以舉出高錳酸鉀等，作為重鉻酸化合物，可以舉出重鉻酸鉀等。在這些物質(zhì)中，作為(E)氧化劑，進(jìn)一步優(yōu)選過(guò)氧化氫、過(guò)硫酸鹽及無(wú)機(jī)酸，特別優(yōu)選過(guò)氧化氫。
作為(E)氧化劑的配合量，相對(duì)于上述化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體的總量，優(yōu)選為0.01～5.0質(zhì)量％，進(jìn)一步優(yōu)選為0.05～2.0質(zhì)量％。相對(duì)于上述化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體的總量，通過(guò)將(E)氧化劑的配合量設(shè)為0.01～5.0質(zhì)量％，可以得到研磨速度與良好的被研磨面的平衡。
另外，使用過(guò)氧化氫作為(E)氧化劑時(shí)，在上述化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體中可以進(jìn)一步含有適當(dāng)?shù)亩鄡r(jià)金屬離子。通過(guò)在過(guò)氧化氫存在的條件下含有多價(jià)金屬離子，可以促進(jìn)過(guò)氧化氫作為氧化劑的性能，而且可以進(jìn)一步提高研磨速度。
1.6.(F)成分本發(fā)明第1種實(shí)施方式所述的化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體所配合的(F)成分是水(以下也稱為“(F)水”)。(F)水作為上述化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體的水系介質(zhì)發(fā)揮作用。作為水系介質(zhì)，可以舉出(F)水與在水中混合的有機(jī)溶劑(例如醇類、亞烷二醇衍生物等)的混合介質(zhì)。更優(yōu)選水、或者水與水溶性醇的混合介質(zhì)等，作為上述水溶性醇，例如，可以舉出甲醇、乙醇等。進(jìn)一步優(yōu)選水與甲醇的混合介質(zhì)。
1.7.(G)其他成分本發(fā)明第1種實(shí)施方式所述的化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體，除了上述成分之外，根據(jù)需要，可以含有(G)其他成分。作為(G)其他成分，例如，可以舉出表面活性劑、pH調(diào)整劑等。
作為上述表面活性劑，可以舉出陽(yáng)離子性表面活性劑、陰離子性表面活性劑、兩性表面活性劑、非離子性表面活性劑、水溶性聚合物等，特別優(yōu)選使用陰離子性表面活性劑、非離子性表面活性劑或水溶性高分子。
作為陰離子系表面活性劑，例如可以舉出羧酸鹽、磺酸鹽、硫酸酯鹽、磷酸酯鹽等。作為羧酸鹽，例如可以舉出脂肪酸皂、烷基醚羧酸鹽等；作為磺酸鹽，例如可以舉出烷基苯磺酸鹽、烷基萘磺酸鹽、α-烯烴磺酸鹽等；作為硫酸酯鹽，例如可以舉出高級(jí)醇硫酸酯鹽、烷基醚硫酸鹽、聚氧乙烯烷基苯基醚硫酸鹽等；作為磷酸酯鹽，例如可以舉出烷基磷酸酯鹽等。在這些物質(zhì)中，優(yōu)選使用磺酸鹽，進(jìn)一步優(yōu)選使用烷基苯磺酸鹽，特別優(yōu)選使用十二烷基苯磺酸鉀。
作為非離子性表面活性劑，例如可以舉出聚乙二醇型表面活性劑、乙炔二醇、乙炔二醇的環(huán)氧乙烷加成物、炔醇等非離子性表面活性劑等。
作為上述pH調(diào)整劑，可以舉出有機(jī)堿、無(wú)機(jī)堿或者無(wú)機(jī)酸。
作為有機(jī)堿，可以舉出羥化四甲基銨、三乙胺等。
作為無(wú)機(jī)堿，可以舉出氨、氫氧化鉀等。
作為無(wú)機(jī)酸，可以舉出硝酸、硫酸等。
本發(fā)明第1種實(shí)施方式所述的化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體的pH值為1～5，優(yōu)選為1.5～4.5，更優(yōu)選為2.0～4.0。通過(guò)將上述化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體的pH值設(shè)為1～5，可以得到研磨速度與良好的被研磨面的平衡。另外，上述pH值應(yīng)被理解為在25℃下測(cè)定的值。
1.8.用于調(diào)制化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體的試劑盒本發(fā)明第1種實(shí)施方式所述的化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體，可以在調(diào)制后能夠原樣不動(dòng)地作為研磨用組合物使用的狀態(tài)來(lái)供給?；蛘?，也可以預(yù)先準(zhǔn)備好高濃度地含有上述化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體各成分的研磨用組合物(即濃縮的研磨用組合物)，在使用時(shí)稀釋此濃縮的研磨用組合物，而得到希望的化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體。
例如預(yù)先準(zhǔn)備好把本發(fā)明第1種實(shí)施方式所述的化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體分成多個(gè)液體(例如2個(gè)或3個(gè)液體)，在使用時(shí)可以混合這些多個(gè)液體來(lái)使用。例如，可以使用以下所示的第1～第3種試劑盒，通過(guò)混合多個(gè)液體來(lái)調(diào)制上述本發(fā)明第1種實(shí)施方式所述的化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體。
1.8.1.第1種試劑盒第1種試劑盒是混合液體(I)和液體(II)，用于調(diào)制本發(fā)明第1種實(shí)施方式所述的化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體的試劑盒。在第1種試劑盒中，液體(I)含有(A)無(wú)機(jī)粒子、(B)選自有機(jī)粒子及有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合粒子中的至少1種粒子、(C)選自喹啉羧酸、喹啉酸、2元有機(jī)酸(但喹啉酸除外)及羥基酸中的至少1種酸、(D)選自苯并三唑及其衍生物中的至少1種以及(F)水，液體(II)含有(E)氧化劑和(F)水。
在調(diào)制組成第1種試劑盒的液體(I)和液體(II)時(shí)，在混合液體(I)和液體(II)所得到的水系分散體中，為了使上述各成分的含量在上述濃度范圍內(nèi)，有必要決定在液體(I)和液體(II)中所含各成分的濃度。此外，液體(I)和液體(II)也可以分別高濃度地含有各成分(即也可以為濃縮之物)，在這種情況下，可以通過(guò)在使用時(shí)稀釋而得到液體(I)和液體(II)。由于通過(guò)第1種試劑盒分成了液體(I)和液體(II)，從而可以顯著提高(F)氧化劑的保存穩(wěn)定性。
采用第1種試劑盒來(lái)調(diào)制本發(fā)明第1種實(shí)施方式所述的化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體時(shí)，只要是液體(I)和液體(II)可以被分別準(zhǔn)備或供給，而且在研磨時(shí)成為一體即可，其混合的方法和時(shí)機(jī)沒(méi)有特別的限定。
例如液體(I)和液體(II)可以被分別供給研磨裝置并在固定盤上進(jìn)行混合，也可以在供給研磨裝置之前進(jìn)行混合，也可以在研磨裝置內(nèi)進(jìn)行管道混合(ライン混合)，或者也可以設(shè)置混合罐、在該混合罐內(nèi)進(jìn)行混合。另外，在管道混合時(shí)，為了得到更均勻的水系分散體，可以使用管道混合器等。
1.8.2.第2種試劑盒第2種試劑盒是混合液體(I)和液體(II)，用于調(diào)制本發(fā)明第1種實(shí)施方式所述的化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體的試劑盒。在第2種試劑盒中，液體(I)是含有(A)無(wú)機(jī)粒子、(B)選自有機(jī)粒子及有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合粒子中的至少1種粒子及(F)水的水系分散體，液體(II)含有(C)選自喹啉羧酸、喹啉酸、2元有機(jī)酸(但喹啉酸除外)及羥基酸中的至少1種酸和(F)水。
在調(diào)制組成第2種試劑盒的液體(I)和液體(II)時(shí)，在混合液體(I)和液體(II)所得到的水系分散體中，為了使上述各成分的含量在上述濃度范圍內(nèi)，有必要決定在液體(I)和液體(II)中所含有的各成分的濃度。此外，液體(I)和液體(II)也可以分別高濃度地含有各成分(即也可以為濃縮之物)，在這種情況下，可以通過(guò)在使用時(shí)稀釋而得到液體(I)和液體(II)。由于通過(guò)第2種試劑盒分成了液體(I)和液體(II)，從而可以提高水系分散體的保存穩(wěn)定性。
采用第2種試劑盒來(lái)調(diào)制本發(fā)明第1種實(shí)施方式所述的化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體時(shí)，只要是液體(I)和液體(II)可以被分別準(zhǔn)備或供給，而且在研磨時(shí)成為一體即可，其混合的方法和時(shí)機(jī)沒(méi)有特別的限定。
例如液體(I)和液體(II)可以被分別供給研磨裝置并在固定盤上進(jìn)行混合，也可以在供給研磨裝置之前進(jìn)行混合，也可以在研磨裝置內(nèi)進(jìn)行管道混合，或者也可以設(shè)置混合罐、在該混合罐內(nèi)進(jìn)行混合。而且，在管道混合時(shí)，為了得到更均勻的水系分散體，也可以使用管道混合器等。
1.8.3.第3種試劑盒第3種試劑盒是混合液體(I)、液體(II)及液體(III)，用于調(diào)制本發(fā)明第1種實(shí)施方式所述的化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體的試劑盒。在第3種試劑盒中，液體(I)是含有(A)無(wú)機(jī)粒子、(B)選自有機(jī)粒子及有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合粒子中的至少1種粒子及(F)水的水系分散體，液體(II)含有(C)選自喹啉羧酸、喹啉酸、2元有機(jī)酸(但喹啉酸除外)及羥基酸中的至少1種酸和(F)水，液體(III)含有(E)氧化劑和(F)水。
在調(diào)制組成第3種試劑盒的液體(I)、液體(II)及液體(III)時(shí)，在混合液體(I)、液體(II)及液體(III)所得到的水系分散體中，為了使上述各成分的含量在上述濃度范圍內(nèi)，有必要決定在液體(I)、液體(II)及液體(III)中所含各成分的濃度。此外，液體(I)、液體(II)及液體(III)也可以分別高濃度地含有各成分(即也可以為濃縮之物)，在這種情況下，可以通過(guò)在使用時(shí)稀釋而得到液體(I)、液體(II)及液體(III)。由于通過(guò)第3種試劑盒分成了液體(I)、液體(II)及液體(III)，從而可以提高水系分散體的保存穩(wěn)定性。
采用第3種試劑盒來(lái)調(diào)制本發(fā)明第1種實(shí)施方式所述的化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體時(shí)，只要是液體(I)、液體(II)及液體(III)被分別準(zhǔn)備或供給，而且在研磨時(shí)成為一體即可，其混合的方法和時(shí)機(jī)沒(méi)有特別的限定。
例如，液體(I)、液體(II)及液體(III)可以被分別供給研磨裝置并在固定盤上進(jìn)行混合，也可以在供給研磨裝置之前進(jìn)行混合，也可以在研磨裝置內(nèi)進(jìn)行管道混合，或者也可以設(shè)置混合罐、在該混合罐內(nèi)進(jìn)行混合。而且，在管道混合時(shí)，為了得到更均勻的水系分散體，也可以使用管道混合器等。
另外，在第2和第3種試劑盒中，液體(I)可以進(jìn)一步含有從(C)選自喹啉羧酸、喹啉酸、2元有機(jī)酸(但喹啉酸除外)及羥基酸中的至少1種、(D)選自苯并三唑及其衍生物中的至少1種以及(E)氧化劑中選出的1種或更多種的成分，液體(II)可以進(jìn)一步含有從(A)無(wú)機(jī)粒子、(B)選自有機(jī)粒子及有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合粒子中的至少1種、(D)選自苯并三唑及其衍生物中的至少1種以及(E)氧化劑中選出的1種或更多種的成分。
2.化學(xué)機(jī)械研磨方法本發(fā)明第2種實(shí)施方式所述的化學(xué)機(jī)械研磨方法包含使用上述化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨的工序。更具體而言，本發(fā)明第2種實(shí)施方式所述的化學(xué)機(jī)械研磨方法優(yōu)選使用上述化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體作為例如用于形成銅鑲嵌配線的在后述二個(gè)階段研磨處理中的第二研磨處理工序的化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體。特別是上述化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體在把后述第一化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體作為第一研磨處理用的化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體使用時(shí)，通過(guò)作為后述第二研磨處理工序的化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體使用，可以發(fā)揮更優(yōu)異的研磨特性。在此，被化學(xué)機(jī)械研磨的被研磨物，優(yōu)選至少具有銅膜、金屬屏蔽膜及絕緣膜。
本發(fā)明第2種實(shí)施方式所述的化學(xué)機(jī)械研磨方法，具有如下工序在相同條件下對(duì)銅膜和各個(gè)金屬屏蔽膜進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨時(shí)，使用具有銅膜的研磨速度(RCu)與金屬屏蔽膜的研磨速度(RBM)的研磨速度比(RCu/RBM)為50或更大的特性的化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體(以下也稱為“第一研磨用水系分散體”)對(duì)被研磨面進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨的第一研磨處理工序，以及對(duì)于在該第一研磨處理工序中進(jìn)行了化學(xué)機(jī)械研磨的被研磨面，使用上述化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體(以下也稱為“第二研磨用水系分散體”)進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨的第二研磨處理工序。
在本實(shí)施方式中，可以使用同一臺(tái)研磨裝置，安裝被研磨物之后保持原樣，通過(guò)依次切換供給的研磨用水系分散體來(lái)連續(xù)進(jìn)行第一研磨處理工序和第二研磨處理工序；或者也可以采用同一臺(tái)研磨裝置，在第一研磨處理工序結(jié)束后，暫時(shí)取出被研磨物，在切換供給的研磨用水系分散體之后，重新安裝取出的被研磨物后實(shí)施第二研磨處理工序。
此外，也可以用不同的研磨裝置實(shí)施第一研磨處理工序和第二研磨處理工序。
進(jìn)而，在使用備有多個(gè)研磨墊板的研磨裝置時(shí)，可以在第一研磨處理工序和第二研磨處理工序中使用不同種類的研磨墊板進(jìn)行研磨，也可以在第一研磨處理工序和第二研磨處理工序中使用相同種類的研磨墊板。
作為被研磨物的銅膜不限于由純銅構(gòu)成的物質(zhì)，例如，可以是含有銅-硅或銅-鋁等銅合金的銅含有比例為95質(zhì)量％或更高的物質(zhì)。
作為被研磨物的金屬屏蔽膜，是用鉭、鈦等高硬度金屬、這些金屬的氮化物或氧化物等形成的。形成金屬屏蔽膜的金屬不限于純金屬，例如，可以是鉭-鈮等的合金。而且，當(dāng)通過(guò)氮化物形成金屬屏蔽膜時(shí)，氮化鉭或氮化鈦等不必是純品。該金屬屏蔽膜的材質(zhì)特別優(yōu)選為鉭和/或氮化鉭。
金屬屏蔽膜雖然多為僅由鉭、鈦等中的1種金屬形成的，但是也可以把不同材質(zhì)、例如鉭膜和氮化鉭膜雙方作為金屬屏蔽膜在同一塊基板上形成。
作為被研磨物的絕緣膜，例如，可以舉出SiO2膜、在SiO2中添加有少量硼和磷的硼磷硅酸鹽膜(BPSG膜)、在SiO2中摻入有氟的被稱為FSG(Fluorine-doped silicate glass)的絕緣膜、低介電常數(shù)的氧化硅系絕緣膜、有機(jī)系絕緣膜等。
作為SiO2膜，例如，可以舉出熱氧化膜、PETEOS膜(PlasmaEnhanced-TEOS膜)、HDP膜(High Density Plasma Enhanced-TEOS膜)、用熱CVD法得到的氧化硅膜等。
將加熱到高溫的硅暴露于氧化性氣氛中，使硅和氧或者使硅和水分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，由此可以形成熱氧化膜?？梢园言杷嵋阴?TEOS)作為原料，利用等離子體作為促進(jìn)條件，用化學(xué)氣相生長(zhǎng)法形成PETEOS膜?？梢园言杷嵋阴?TEOS)作為原料，利用高密度等離子體作為促進(jìn)條件，用化學(xué)氣相生長(zhǎng)法形成HDP膜。
另外，氧化硅膜可以用熱CVD法形成。作為熱CVD法，例如，可以舉出常壓CVD法(AP-CVD法)或者減壓CVD法(LP-CVD法)。硼磷硅酸鹽膜(BPSG膜)可以通過(guò)常壓CVD法(AP-CVD法)或者減壓CVD法(LP-CVD法)得到。被稱為FSG(Fluorine doped silicate glass)的絕緣膜，可以利用高密度等離子體作為促進(jìn)條件，通過(guò)化學(xué)氣相生長(zhǎng)形成。
進(jìn)而，上述低介電常數(shù)的氧化硅系絕緣膜，例如通過(guò)旋轉(zhuǎn)涂布法在基體上涂布原料之后，在氧化性氣氛中加熱而可以得到。作為由此得到的低介電常數(shù)的氧化硅系絕緣膜，可以舉出以三乙氧基硅烷為原料的HSQ膜(Hydrogen Silsesquioxane膜)、以四乙氧基硅烷和少量甲基三甲氧基硅烷為原料的MSQ膜(Methyl Silsesquioxane膜)、以其他硅烷化合物為原料的低介電常數(shù)的氧化硅系絕緣膜。低介電常數(shù)的氧化硅系絕緣膜，例如，可以是通過(guò)把適當(dāng)?shù)挠袡C(jī)聚合物粒子等混合到原料中使用，該聚合物在加熱工序中燒掉后形成空洞，由此得到的更加低介電常數(shù)化的絕緣膜。
另外，作為有機(jī)系絕緣膜，例如，可以舉出以聚芳稀系聚合物、聚芳稀醚系聚合物、聚酰亞胺系聚合物、苯并環(huán)丁烯聚合物等有機(jī)聚合物為原料的低介電常數(shù)的有機(jī)系絕緣膜。
作為供給本發(fā)明第2種實(shí)施方式所述的化學(xué)機(jī)械研磨方法的被研磨物，例如，可以舉出具有如圖1(a)所示結(jié)構(gòu)的復(fù)合基板原材料1。該復(fù)合基板原材料1具有例如含有硅等的基板11，及在此基板11的表面上積層的、形成槽等配線用凹部的、含有PETEOS膜(采用四乙氧基硅烷、通過(guò)CVD法形成的膜)等的絕緣膜12，及按覆蓋絕緣膜12的表面及配線用凹部的底部以及內(nèi)壁面的方式來(lái)設(shè)置的、含有鉭或氮化鉭等高熔點(diǎn)金屬的金屬屏蔽膜13，以及填充上述配線用凹部、而且在金屬屏蔽膜13上形成的含有銅等金屬配線材料的金屬膜14。
此外，供給本發(fā)明第2種實(shí)施方式的化學(xué)機(jī)械研磨方法的被研磨物，如圖2(a)所示，在基板11與絕緣膜12之間，也可以具有含有硅氧化物等的絕緣膜21、及在該絕緣膜21上形成的并含有硅氮化物等的絕緣膜22。
本發(fā)明第2種實(shí)施方式的化學(xué)機(jī)械研磨方法，例如也可以依照如下順序研磨這種被研磨物(復(fù)合基板原材料1)。首先，在第一研磨處理工序中，采用第一研磨用水系分散體，對(duì)金屬膜14中埋設(shè)于配線用凹部的金屬配線以外的應(yīng)該除去的金屬材料進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨直到例如金屬屏蔽膜13露出為止(參照?qǐng)D1(b)及圖2(b))。然后，在第二研磨處理工序中，采用上述本發(fā)明第1種實(shí)施方式所述的化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨，使得在金屬屏蔽膜13中的配線用凹部的底部及內(nèi)壁面以外的部分上形成的金屬屏蔽膜13被完全除去。此時(shí)，由于絕緣膜12的表面也同時(shí)被研磨，從而可以得到高度平坦化的鑲嵌配線(參照?qǐng)D1(c)及圖2(c))。
上述第一研磨用水系分散體如上所述，具有如下研磨特性銅膜的研磨速度(RCu)與金屬屏蔽膜的研磨速度(RBM)的研磨速度比(RCu/RBM)為50或更大，而且銅膜的研磨速度(RCu)與絕緣膜的研磨速度(RIn)的比(RCu/RIn)為50或更大。研磨速度比(RCu/RBM)優(yōu)選為60或更大，進(jìn)一步優(yōu)選為70或更大。如果研磨速度比(RCu/RBM)小于50，則在第一研磨處理工序結(jié)束后，在應(yīng)除去銅膜的部分上銅過(guò)剩地殘存，在第二研磨處理工序中就會(huì)需要很多時(shí)間，而且，有時(shí)需要大量的化學(xué)機(jī)械研磨用水系體。
像這種第一研磨用水系分散體，只要研磨速度比(RCu/RBM)在上述范圍內(nèi)，其組成就沒(méi)有特別的限定，例如優(yōu)選在水系介質(zhì)中含有磨料、有機(jī)酸和氧化劑的物質(zhì)。第一研磨用水系分散體，除了含有這些成分之外，更優(yōu)選還含有氨或者銨離子。
作為第一研磨用水系分散體中使用的水系介質(zhì)，例如，可以舉出在上述本發(fā)明第1種實(shí)施方式的水系分散體中作為水系介質(zhì)而示例的物質(zhì)，其中，優(yōu)選只使用水。
作為第一研磨用水系分散體中使用的磨料，例如，可以舉出在本發(fā)明第1種實(shí)施方式的化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體中使用的作為(A)成分、(B)成分而示例的物質(zhì)，可以從其中選擇至少一種磨料使用。在這些物質(zhì)中，優(yōu)選使用二氧化硅、有機(jī)粒子或者有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合粒子。
作為第一研磨用水系分散體中使用的有機(jī)酸，例如，可以舉出在上述本發(fā)明第1種實(shí)施方式的化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體中使用的作為(C)成分而示例的物質(zhì)和氨基酸，可以使用選自其中的至少一種物質(zhì)。在這些物質(zhì)中，從可以得到更大的研磨速度比(RCu/RBM)的觀點(diǎn)出發(fā)，可以優(yōu)選使用甘氨酸、丙氨酸、檸檬酸、蘋果酸、2-喹啉羧酸、2，3-吡啶二羧酸。
作為第一研磨用水系分散體中使用的氧化劑，例如，可以舉出在上述本發(fā)明第1種實(shí)施方式的化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體中使用的作為(E)成分而示例的物質(zhì)，可以使用選自其中的至少一種物質(zhì)。在這些物質(zhì)中，可以優(yōu)選使用過(guò)氧化氫或者過(guò)硫酸鹽，特別優(yōu)選使用過(guò)硫酸銨。
第一研磨用水系分散體還可以含有氨或者銨離子。在第一研磨用水系分散體含有銨離子時(shí)，銨離子可以由上述有機(jī)酸的銨鹽、作為氧化劑的無(wú)機(jī)酸的銨鹽來(lái)生成，或者也可以作為可任意添加的陰離子性表面活性劑的對(duì)應(yīng)陽(yáng)離子來(lái)添加。
相對(duì)于全部第一研磨用水系分散體，磨料的含量?jī)?yōu)選為0.001～3.0質(zhì)量％，更優(yōu)選為0.01～3.0質(zhì)量％，進(jìn)一步優(yōu)選為0.01～2.5質(zhì)量％，特別優(yōu)選為0.01～2.0質(zhì)量％。
相對(duì)于全部第一研磨用水系分散體，有機(jī)酸的含量?jī)?yōu)選為0.01～10質(zhì)量％，更優(yōu)選為0.1～5.0質(zhì)量％。
相對(duì)于全部第一研磨用水系分散體，氧化劑的含量?jī)?yōu)選為0.01～10質(zhì)量％，更優(yōu)選為0.02～5.0質(zhì)量％。
在第一研磨用水系分散體含有氨或銨離子時(shí)，其含量在第一研磨用水系分散體中優(yōu)選為5.0mol/L或更少，更優(yōu)選為0.01～5.0mol/L，進(jìn)一步優(yōu)選為0.01～1.0mol/L，特別優(yōu)選為0.03～0.5mol/L。
進(jìn)而根據(jù)需要，第一研磨用水系分散體還可以含有表面活性劑、苯并三唑或者其衍生物、消泡劑等。
作為上述表面活性劑，可以舉出陽(yáng)離子性表面活性劑、陰離子性表面活性劑、兩性表面活性劑、非離子性表面活性劑、水溶性聚合物等。
作為上述苯并三唑或者其衍生物，例如，可以舉出在上述本發(fā)明第1種實(shí)施方式的化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體中使用的作為(D)苯并三唑或者其衍生物而示例的物質(zhì)。相對(duì)于全部第一研磨用水系分散體，其含量?jī)?yōu)選為5.0質(zhì)量％或更少，更優(yōu)選為0.001～5.0質(zhì)量％，進(jìn)一步優(yōu)選為0.005～1.0質(zhì)量％，特別優(yōu)選為0.01～0.5質(zhì)量％。
第一研磨用水系分散體的pH值也可以設(shè)定成酸性范圍、中性附近的范圍及堿性范圍的任意值。將第一研磨用水系分散體的pH值設(shè)定在酸性范圍時(shí)，優(yōu)選其pH值為2～4。將第一研磨用水系分散體的pH值設(shè)定在中性附近的范圍及堿性范圍時(shí)，優(yōu)選其pH值為6～12。作為第一研磨用水系分散體的pH值，更優(yōu)選6～12。
采用本發(fā)明第2種實(shí)施方式所述的化學(xué)研磨方法的化學(xué)機(jī)械研磨，可以采用市售的化學(xué)機(jī)械研磨裝置(例如LGP510、LGP552(以上均為L(zhǎng)apmaster SFT(株)制)、EPO 112、EPO 222(以上均為(株)荏原制作所制)、Mirra(Applied Materials社制)、AVANTI-472(i-PEC社制)等)，并在公知的研磨條件下進(jìn)行。
作為優(yōu)選的研磨條件，應(yīng)根據(jù)使用的化學(xué)機(jī)械研磨裝置而適當(dāng)設(shè)定，例如在使用EPO 112作為化學(xué)機(jī)械研磨裝置時(shí)，第一研磨處理工序和第二研磨處理工序均可以設(shè)定成下述的條件固定盤周轉(zhuǎn)數(shù)優(yōu)選30～120rpm，更優(yōu)選40～100rpm研磨頭周轉(zhuǎn)數(shù)優(yōu)選30～120rpm，更優(yōu)選40～100rpm固定盤周轉(zhuǎn)數(shù)/研磨頭周轉(zhuǎn)數(shù)之比優(yōu)選0.5～2，更優(yōu)選0.7～1.5研磨壓力優(yōu)選100～500g/cm2，更優(yōu)選200～350g/cm2化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體的供給速度優(yōu)選50～300ml/分鐘，更優(yōu)選100～200ml/分鐘。
3.實(shí)施例下面通過(guò)實(shí)施例說(shuō)明本發(fā)明，但本發(fā)明不限于此實(shí)施例。
3.1.含有無(wú)機(jī)粒子的水分散體的調(diào)制3.1.1.含有熱解法二氧化硅粒子的水分散體的調(diào)制用超聲波分散機(jī)使2kg熱解法二氧化硅粒子(日本AEROSIL(株)制，商品名“AEROSIL#90”，平均一次粒子徑為20nm)分散于6.7kg離子交換水中。通過(guò)用孔徑為5μm的過(guò)濾器將其過(guò)濾，即得到含有熱解法二氧化硅粒子23質(zhì)量％的水分散體。在此水分散體中含有的熱解法二氧化硅的平均二次粒子徑為220nm。
3.1.2.含有膠體二氧化硅粒子的水分散體的調(diào)制3.1.2-1.含有膠體二氧化硅粒子C1的水分散體的調(diào)制將75質(zhì)量份濃度為25質(zhì)量％的氨水、40質(zhì)量份離子交換水、165質(zhì)量份乙醇以及15質(zhì)量份四乙氧基硅烷裝入燒瓶中，在旋轉(zhuǎn)速度為180rpm下一邊攪拌一邊升溫到60℃。一邊把溫度保持在60℃一邊繼續(xù)攪拌2小時(shí)，然后冷卻至室溫。由此，即得到膠體二氧化硅粒子的醇分散體。
接著采用旋轉(zhuǎn)式蒸發(fā)器，一邊把得到的分散體的溫度保持在80℃一邊不斷地添加離子交換水來(lái)除去醇部分，反復(fù)幾次該操作。通過(guò)該操作，制成了含有20質(zhì)量％膠體二氧化硅粒子C1的水分散體。
此水分散體中含有的膠體二氧化硅粒子C1的平均一次粒子徑為15nm，平均二次粒子徑為40nm，平均締合度為2.7。
3.1.2-2.分別含有膠體二氧化硅粒子C2～C4的水分散體的調(diào)制除了將在“3.1.2-1.含有膠體二氧化硅粒子C1的水分散體的調(diào)制”中的75質(zhì)量份濃度為25質(zhì)量％的氨水、165質(zhì)量份乙醇以及四乙氧基硅烷的使用量設(shè)為如表1所示之外，其他方法與上述相同，分別制成了含有膠體二氧化硅粒子C2～C4的水分散體。


3.1.3.含有有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合粒子的水分散體的調(diào)制3.1.3-1.含有表面處理過(guò)的有機(jī)粒子的水分散體的調(diào)制將90質(zhì)量份甲基丙烯酸甲酯、5質(zhì)量份甲氧基聚乙二醇甲基丙烯酸酯(新中村化學(xué)工業(yè)(株)制，商品名“NK Ester M-90 G”，#400)、5質(zhì)量份4-乙烯基吡啶、2質(zhì)量份偶氮系聚合引發(fā)劑(和光純藥工業(yè)(株)制，商品名“V50”)以及400質(zhì)量份離子交換水裝入燒瓶中，在氮?dú)鈿夥障乱贿厰嚢枰贿吷郎氐?0℃。在該溫度下不斷攪拌保持6小時(shí)。通過(guò)用離子交換水稀釋該反應(yīng)混合物，即得到具有氨基陽(yáng)離子和含有聚乙二醇鏈的官能團(tuán)的、且含有10質(zhì)量％平均粒徑為150nm的聚甲基丙烯酸甲酯系粒子的水分散體。聚合收率為95％。
將100質(zhì)量份該水分散體裝入燒瓶中，向其中添加1質(zhì)量份甲基三甲氧基硅烷，并在40℃攪拌2小時(shí)。然后，通過(guò)添加1當(dāng)量硝酸水溶液而調(diào)整pH值至2.0，即得到含有表面處理過(guò)的有機(jī)粒子的水分散體。在此水分散體中含有的表面處理過(guò)的有機(jī)粒子的Zeta電位為+17mV。
3.1.3-2.含有無(wú)機(jī)粒子(膠體二氧化硅粒子)的水分散體的調(diào)制通過(guò)使膠體二氧化硅粒子(日產(chǎn)化學(xué)(株)制，商品名“SNOWTEXO”，平均一次粒子徑為12nm)在水中分散，并向其中添加1當(dāng)量氫氧化鉀水溶液來(lái)調(diào)整pH，即得到含有10質(zhì)量％膠體二氧化硅粒子的pH值為8.0的水分散體。
在該水分散體中含有的膠體二氧化硅粒子的Zeta電位為-40mV。
3.1.3-3.含有有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合粒子的水分散體的調(diào)制在上述“3.1.3-1.含有表面處理過(guò)的有機(jī)粒子的水分散體的調(diào)制”中制成的水分散體100質(zhì)量份中，一邊攪拌一邊用2小時(shí)緩慢地添加在上述“3.1.3-2.含有無(wú)機(jī)粒子(膠體二氧化硅粒子)的水分散體的調(diào)制”中制成的水分散體50質(zhì)量份，然后通過(guò)進(jìn)一步攪拌2小時(shí)，即得到含有在聚甲基丙烯酸甲酯系粒子上附著有二氧化硅粒子的粒子的水分散體。
接著，向得到的水分散體中添加2質(zhì)量份乙烯基三乙氧基硅烷，進(jìn)行攪拌1小時(shí)后，進(jìn)一步添加1質(zhì)量份四乙氧基硅烷。使其升溫至60℃，繼續(xù)攪拌3小時(shí)之后，冷卻至室溫，由此制成了含有10質(zhì)量％平均粒徑為180nm的無(wú)機(jī)有機(jī)復(fù)合粒子的水分散體。
用掃描型電子顯微鏡觀察在此水分散體中含有的無(wú)機(jī)有機(jī)復(fù)合粒子，發(fā)現(xiàn)在聚甲基丙烯酸甲酯系粒子的80％表面上附著有二氧化硅粒子。
3.1.4.含有有機(jī)粒子的水分散體的調(diào)制將甲基丙烯酸甲酯90質(zhì)量份、苯乙烯10質(zhì)量份、丙烯酸5質(zhì)量份、過(guò)硫酸銨2質(zhì)量份、表面活性劑0.1質(zhì)量份及離子交換水400質(zhì)量份投入到燒杯中，在氮?dú)鈿夥障乱贿厰嚢枰贿吷郎氐?0℃，使其聚合8小時(shí)直到聚合轉(zhuǎn)化率達(dá)到約100％。由此，得到具有羧基的、含有平均粒徑為150nm的聚甲基丙烯酸酯-苯乙烯系聚合物的有機(jī)粒子的水系分散體，通過(guò)向其中添加水來(lái)進(jìn)行稀釋，即得到有機(jī)粒子的含有比例被調(diào)整成10質(zhì)量％的水系分散體。
3.1.5.低介電常數(shù)絕緣膜的制造3.1.5-1.聚硅氧烷溶膠的調(diào)制將含有101.5g甲基三甲氧基硅烷、276.8g甲氧基丙酸甲酯及9.7g四異丙氧基鈦/乙酰乙酸乙酯絡(luò)合物的混合溶液加熱到60℃，用1小時(shí)向該混合溶液中滴加92.2gγ-丁內(nèi)酯與20.1g水的混合物。滴加結(jié)束后，在60℃下使其反應(yīng)1小時(shí)，即得到聚硅氧烷溶膠。
3.1.5-2.聚苯乙烯粒子的制造將苯乙烯100份、偶氮系聚合引發(fā)劑(和光純藥(株)制造，商品名“V60”)2份、十二烷基苯磺酸鉀0.5份及離子交換水400份投入到燒杯中，在氮?dú)鈿夥障乱贿厰嚢枰贿吷郎氐?0℃，使其聚合6小時(shí)。由此，即得到平均粒徑為150nm的聚苯乙烯粒子。
3.1.5-3.低介電常數(shù)絕緣體的制造將上述在3.1.5-1.中得到的聚硅氧烷溶膠15g和上述在3.1.5-2.中得到的聚苯乙烯粒子1g混合，將得到的混合物通過(guò)旋轉(zhuǎn)涂布法涂布到直徑為8英寸的帶有熱氧化膜的硅基板上，形成涂膜，然后，在烘箱中于80℃下加熱5分鐘，接著在200℃下加熱5分鐘，接著在真空下于340℃下加熱30分鐘，在360℃下加熱30分鐘，在380℃下加熱30分鐘，進(jìn)而在450℃下加熱1小時(shí)，由此形成厚度為2000的無(wú)色透明被膜。
用掃描型電子顯微鏡觀察該被膜的剖面之后，確認(rèn)微細(xì)的空孔被多數(shù)形成。比介電常數(shù)為1.98，彈性率為3GPa，空隙率為15％。
3.1.6.第一研磨用水性分散體的調(diào)制及其研磨性能的評(píng)價(jià)3.1.6-1.第一研磨用水性分散體的調(diào)制用超聲波分散機(jī)使2kg熱解法二氧化硅粒子(日本AEROSIL(株)制，商品名“AEROSIL#90”，一次粒子徑為20nm，二次粒子徑為220nm)分散于6.7kg離子交換水中，然后用孔徑為5μm的過(guò)濾器進(jìn)行過(guò)濾，即得到含有23.0質(zhì)量％熱解法二氧化硅粒子的水分散體。
接著，在聚乙烯制的瓶中只裝入按二氧化硅的質(zhì)量換算相當(dāng)于1.2質(zhì)量％的量的上述水分散體，并向其中添加0.5質(zhì)量％相當(dāng)量的喹哪啶酸、0.05質(zhì)量％相當(dāng)量的SURFINOL 465(商品名，具有三鍵的非離子系表面活性劑，Air Products Japan(株)制)、以及1.0質(zhì)量％相當(dāng)量的過(guò)硫酸銨，進(jìn)一步加入離子交換水進(jìn)行稀釋之后，充分?jǐn)嚢?。接著，?當(dāng)量氫氧化鉀水溶液把pH值調(diào)整至9.5之后，通過(guò)用孔徑為5μm的過(guò)濾器進(jìn)行過(guò)濾，即得到第一研磨用水系分散體。
3.1.6-2.第一研磨用水系分散體的研磨性能的評(píng)價(jià)3.1.6-2A.無(wú)圖案硅片的化學(xué)機(jī)械研磨實(shí)驗(yàn)在化學(xué)機(jī)械研磨裝置((株)荏原制作所制，型號(hào)“EPO 112”)上安裝多孔聚氨酯制研磨墊板(Nitta Haas(株)制，商品號(hào)“IC1000”)，一邊供給上述第一研磨用水系分散體，一邊對(duì)下述各種研磨速度測(cè)定用基板在下述研磨條件下進(jìn)行1分鐘化學(xué)機(jī)械研磨處理，并用下述方法算出研磨速度。
(i)研磨速度測(cè)定用基板·在8英寸帶有熱氧化膜的硅基板上設(shè)有膜厚為15000的銅膜之物。
·在8英寸帶有熱氧化膜的硅基板上設(shè)有膜厚為2000的鉭膜之物。
·在8英寸帶有熱氧化膜的硅基板上設(shè)有膜厚為2000的氮化鉭膜之物。
·在8英寸硅基板上設(shè)有膜厚為10000的PETEOS膜之物。
(ii)研磨條件
·研磨頭周轉(zhuǎn)數(shù)70rpm·研磨頭荷重250g/cm2·固定盤周轉(zhuǎn)數(shù)70rpm·第一研磨用水系分散體的供給速度200ml/分鐘(iii)研磨速度的算出方法對(duì)于銅膜、鉭膜及氮化鉭膜而言，采用導(dǎo)電式膜厚測(cè)定器(KLA-Tencor(株)制，型號(hào)“Omni Map RS75”)測(cè)定出研磨處理后的膜厚，從由化學(xué)機(jī)械研磨減少的膜厚和研磨時(shí)間算出研磨速度。
對(duì)于PETEOS膜而言，采用光干涉式膜厚測(cè)定器(SENTEC社制，型號(hào)“FPT500”)測(cè)定出研磨處理后的膜厚，從由化學(xué)機(jī)械研磨減少的膜厚和研磨時(shí)間算出研磨速度。
(iv)研磨速度·銅膜的研磨速度(RCu)5200/分鐘·鉭膜的研磨速度(RBM(Ta))30/分鐘·氮化鉭膜的研磨速度(RBM(TaN))40/分鐘·PETEOS膜的研磨速度(RIn)20分鐘·銅膜的研磨速度/鉭膜的研磨速度(RCu/RBM)173·銅膜的研磨速度/氮化鉭膜的研磨速度(RCu/RBM)130·銅膜的研磨速度/PETEOS膜的研磨速度(RCu/RIn)2603.1.6-2B.帶有圖案的基板的化學(xué)機(jī)械研磨實(shí)驗(yàn)在化學(xué)機(jī)械研磨裝置((株)荏原制作所制，型號(hào)“EPO 112”)上安裝多孔聚氨酯制研磨墊板(Nitta Haas(株)制，商品號(hào)“IC1000”)，一邊供給上述第一研磨用水系分散體，一邊將下述2種帶有圖案的基板在下述研磨條件下分別進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨處理。
(i)帶有圖案的基板·在SEMATECH社制、商品號(hào)為“854CMP100”的硅基板上形成含有各種圖案的凹部，并在其上依次層積鉭膜(厚度為250)、銅晶種膜(膜厚為1000)及銅鍍膜(厚度為10000)。
·在SEMATECH社制、商品號(hào)為“854CMP101”的硅基板上形成含有各種圖案的凹部，并在其上依次層積氮化鉭膜(厚度為250)、銅晶種膜(膜厚為1000)及銅鍍膜(厚度為10000)。
(ii)研磨條件·研磨頭周轉(zhuǎn)數(shù)70rpm·研磨頭荷重250g/cm2·固定盤周轉(zhuǎn)數(shù)70rpm·第一研磨用水系分散體的供給速度200ml/分鐘·研磨時(shí)間2.75分鐘在第一研磨處理結(jié)束之后，金屬屏蔽膜上面剩余的銅膜被全部除去，可推斷金屬屏蔽膜的上表面處于露出的狀態(tài)。
在第一研磨處理工序結(jié)束之后，用表面粗糙度計(jì)(KLA-Tencor社制，型號(hào)“P-10”)測(cè)定被研磨面中幅度為100μm的銅配線部分上產(chǎn)生的凹陷的大小，結(jié)果為500。
另外，在此所說(shuō)的“凹陷”是指，在研磨后的被研磨面中測(cè)定位置的夾有銅配線的金屬屏蔽膜的上表面與測(cè)定位置的銅配線最低部位之間的高低差。
另外，用光學(xué)顯微鏡，在暗視野中對(duì)銅配線部分以120μm×120μm的區(qū)域作為單位區(qū)域來(lái)隨機(jī)觀察200個(gè)位置，以發(fā)生刮痕的單位區(qū)域的個(gè)數(shù)作為刮痕數(shù)來(lái)進(jìn)行測(cè)定后，刮痕數(shù)為0個(gè)。
3.2.實(shí)施例13.2.1.第二研磨用水系分散體(本發(fā)明第1種形式的化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體)的調(diào)制將按二氧化硅換算相當(dāng)于1質(zhì)量％的量的在上述“3.1.2-1.含有膠體二氧化硅粒子C1的水分散體的調(diào)制”中制成的含有膠體二氧化硅粒子C1的水分散體、和按有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合粒子換算相當(dāng)于0.1質(zhì)量％的量的在上述“3.1.3.含有有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合粒子的水分散體的調(diào)制”中制成的含有有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合粒子的水分散體裝入聚乙烯制的瓶中，向其中依次加入0.2質(zhì)量％苯并三唑、0.1質(zhì)量％馬來(lái)酸、以及按過(guò)氧化氫換算相當(dāng)于0.3質(zhì)量％的量的35質(zhì)量％過(guò)氧化氫水，并攪拌15分鐘。接著加入離子交換水至全部組成成分的合計(jì)量達(dá)到100質(zhì)量％之后，通過(guò)用孔徑為5μm的過(guò)濾器進(jìn)行過(guò)濾，即得到pH值為2.3的第二研磨用水系分散體S1。
3.2.2.第二研磨用水系分散體的研磨性能的評(píng)價(jià)3.2.2-1.無(wú)圖案基板的研磨試驗(yàn)在化學(xué)機(jī)械研磨裝置((株)荏原制作所制，型號(hào)“EPO 112”)上安裝多孔聚氨酯制研磨墊板(Nitta Haas(株)制，商品號(hào)“IC1000”)，一邊供給上述第二研磨用水系分散體，一邊對(duì)下述各種研磨速度測(cè)定用基板在下述研磨條件下進(jìn)行1分鐘化學(xué)機(jī)械研磨處理，并用下述方法算出研磨速度。
(i)研磨速度測(cè)定用基板·在8英寸帶有熱氧化膜的硅基板上設(shè)有膜厚為15000的銅膜之物。
·在8英寸帶有熱氧化膜的硅基板上設(shè)有膜厚為2000的鉭膜之物。
·在8英寸帶有熱氧化膜的硅基板上設(shè)有膜厚為2000的氮化鉭膜之物。
·在8英寸硅基板上設(shè)有膜厚為10000的PETEOS膜之物。
·在8英寸帶有熱氧化膜的硅基板上設(shè)有在上述“(5)低介電常數(shù)絕緣膜的制造”中制成的膜厚為2000的低介電常數(shù)絕緣膜之物。
(ii)研磨條件·研磨頭周轉(zhuǎn)數(shù)70rpm·研磨頭荷重250g/cm2·固定盤周轉(zhuǎn)數(shù)70rpm·第二研磨用水系分散體的供給速度200ml/分鐘(iii)研磨速度的算出方法對(duì)于銅膜、鉭膜及氮化鉭膜，采用導(dǎo)電式膜厚測(cè)定器(KLA-Tencor(株)制，型號(hào)“Omni Map RS75”)測(cè)定出研磨處理后的膜厚，從由化學(xué)機(jī)械研磨減少的膜厚和研磨時(shí)間算出研磨速度。
對(duì)于PETEOS膜和低介電常數(shù)絕緣膜，用光干涉式膜厚測(cè)定器(SENTEC社制，型號(hào)“FPT500”)測(cè)定研磨處理后的膜厚，從由化學(xué)機(jī)械研磨減少的膜厚和研磨時(shí)間算出研磨速度。
(iv)研磨速度·銅膜的研磨速度(RCu)70/分鐘·鉭膜的研磨速度(RBM(Ta))550/分鐘·氮化鉭膜的研磨速度(RBM(TaN))620/分鐘·PETEOS膜的研磨速度(RIn)40/分鐘·低介電常數(shù)絕緣膜的研磨速度(RIn)15/分鐘·鉭膜的研磨速度/銅膜的研磨速度(RBM(Ta)/RCu)7.86·氮化鉭膜的研磨速度/銅膜的研磨速度(RBM(TaN)/RCu)8.86·鉭膜的研磨速度/PETEOS膜的研磨速度(RBM(Ta)/RIn(TEOS膜))13.75·氮化鉭膜的研磨速度/PETEOS膜的研磨速度(RBM(TaN)/RIn(TEOS膜))15.50·鉭膜的研磨速度/低介電常數(shù)絕緣膜的研磨速度(RBM(Ta)/RIn(低介電常數(shù)絕緣膜)36.67·氮化鉭膜的研磨速度/低介電常數(shù)絕緣膜的研磨速度(RBM(TaN)/RIn(低介電常數(shù)絕緣膜)41.33(v)低介電常數(shù)絕緣膜研磨后的評(píng)價(jià)方法用目測(cè)以及用光學(xué)顯微鏡觀察外周部中脫皮的有無(wú)。
另外，通過(guò)目測(cè)、光學(xué)顯微鏡及無(wú)圖案硅片表面異物檢查裝置(KLA-Tencor(株)制造，型號(hào)“Surfscan SP1”)來(lái)觀察被研磨面的全部表面，進(jìn)行刮痕數(shù)的評(píng)價(jià)。
3.2.2-2.帶有圖案的基板的研磨試驗(yàn)在化學(xué)機(jī)械研磨裝置((株)荏原制作所制，型號(hào)“EPO 112”)上安裝多孔聚氨酯制研磨墊板(Nitta Haas(株)制，商品號(hào)“IC1000”)，對(duì)下述2種帶有圖案的基板在下述研磨條件下分別進(jìn)行2個(gè)階段的化學(xué)機(jī)械研磨處理。
(i)帶有圖案的基板·在SEMATECH社制、商品號(hào)為“854CMP100”的硅基板上形成含有各種圖案的凹部，并在其上依次層積鉭膜(厚度為250)、銅晶種膜(膜厚為1000)及銅鍍膜(厚度為10000)。
·在SEMATECH社制、商品號(hào)為“854CMP101”的硅基板上形成含有各種圖案的凹部，并在其上依次層積氮化鉭膜(厚度為250)、銅晶種膜(膜厚為1000)及銅鍍膜(厚度為10000)(ii)第一研磨處理工序的研磨條件·化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體種類在上述“3.1.6-1.第一研磨用水系分散體的調(diào)制”中制成的第一研磨用水系分散體·第一研磨用水系分散體的供給速度200ml/分鐘·研磨頭周轉(zhuǎn)數(shù)70rpm·研磨頭荷重250g/cm2·固定盤周轉(zhuǎn)數(shù)70rpm·研磨時(shí)間2.75分鐘(iii)第二研磨處理工序的研磨條件·化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體種類在上述“3.2.1.第二研磨用水系分散體(本發(fā)明第1種形式的化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體)的調(diào)制”中制成的第二研磨用水系分散體·第二研磨用水系分散體的供給速度200ml/分鐘·研磨頭周轉(zhuǎn)數(shù)70rpm·研磨頭荷重250g/cm2·固定盤周轉(zhuǎn)數(shù)70rpm
·研磨時(shí)間對(duì)于使用854CMP100的帶有圖案的基板，為0.68分鐘；對(duì)于使用854CMP101的帶有圖案的基板，為0.60分鐘另外，研磨時(shí)間是用下式算出的時(shí)間。
研磨時(shí)間(分鐘)＝{金屬屏蔽膜的厚度()÷在上述“3.2.2-1.無(wú)圖案基板的研磨試驗(yàn)”中算出的金屬屏蔽膜(鉭或者氮化鉭)的研磨速度(/分鐘)}×1.5(分鐘)在第二研磨處理結(jié)束之后，PETEOS膜的最上面剩余的金屬屏蔽膜被全部除去，從而推斷PETEOS膜的上表面處于露出的狀態(tài)。
在第二研磨處理工序結(jié)束之后，用表面粗糙度計(jì)(KLA-Tencor公司制造，型號(hào)“P-10”)測(cè)定被研磨面中幅度為100μm的銅配線部分上產(chǎn)生的凹陷的大小，結(jié)果如下對(duì)于使用854CMP100的帶有圖案的基板，為330；對(duì)于使用854CMP101的帶有圖案的基板，為320。
另外，在此所說(shuō)的“凹陷”是指，在研磨后的被研磨面中，測(cè)定位置的夾有銅配線的PETEOS膜的上表面與測(cè)定位置的銅配線最低部位之間的高低差。
另外，用光干涉式膜厚測(cè)定器(SENTEC公司制造，型號(hào)“FPT500”)測(cè)定出研磨處理后的膜厚，從初始膜厚5000算出無(wú)圖案范圍區(qū)域(比區(qū)域120μm×120μm寬的范圍區(qū)域)的絕緣膜研磨量，并以此作為減少的膜厚量，然后對(duì)使用854CMP100的帶有圖案的基板和使用854CMP101的帶有圖案的基板進(jìn)行測(cè)定，所測(cè)值均為20或更小。
進(jìn)而，用光學(xué)顯微鏡在暗視野中對(duì)銅配線部分以120μm×120μm的區(qū)域作為單位區(qū)域來(lái)隨機(jī)觀察200個(gè)位置，以發(fā)生刮痕的單位區(qū)域的個(gè)數(shù)作為刮痕數(shù)來(lái)進(jìn)行測(cè)定后，結(jié)果如下對(duì)使用854CMP100的帶有圖案的基板和使用854CMP101的帶有圖案的基板進(jìn)行測(cè)定，刮痕數(shù)均為0個(gè)。
3.3.實(shí)施例2～5、比較例1～2除了將實(shí)施例1中的第二研磨用水系分散體的各成分的種類及添加量以及水系分散體的pH設(shè)為如表2之外，其他與實(shí)施例1相同地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，制成了第二研磨用水系分散體S2～S5及R1～R2。另外，在表2中，“-”表示不添加相當(dāng)于對(duì)應(yīng)欄的成分。另外，實(shí)施例4使用2種粒子作為(B)成分；實(shí)施例5使用2種粒子作為(A)成分。
作為第二研磨用水系分散體，除了取代S1而使用上述合成的各水系分散體之外，與實(shí)施例1相同地進(jìn)行評(píng)價(jià)。將結(jié)果示于表3中。



根據(jù)表2和表3可知，通過(guò)將本發(fā)明第1種形式的化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體作為第二研磨用水系分散體使用，在第二研磨處理工序中，即使用于包含具有機(jī)械強(qiáng)度小的低介電常數(shù)層間絕緣膜的半導(dǎo)體基板的被研磨物的研磨處理中時(shí)，也大大抑制了被研磨面中刮痕的發(fā)生，而且，該絕緣膜不會(huì)被過(guò)度研磨，從而可以得到充分平坦化的高精度被研磨面。
3.4.實(shí)施例63.4.1.第二研磨用水系分散體(用于調(diào)制本發(fā)明第1種形式的化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體的試劑盒)的調(diào)制3.4.1-1.液體(I)的調(diào)制將按二氧化硅換算相當(dāng)于1.06質(zhì)量％的量的在上述“3.1.2-1.含有膠體二氧化硅粒子C1的水分散體的調(diào)制”中制成的含有膠體二氧化硅粒子C1的水分散體、和按有機(jī)物無(wú)機(jī)復(fù)合粒子換算相當(dāng)于0.11質(zhì)量％的量的在上述“3.1.3.含有有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合粒子的水分散體的調(diào)制”中制成的含有有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合粒子的水分散體裝入聚乙烯制的瓶中，向其中依次加入0.21質(zhì)量％苯并三唑以及相當(dāng)于0.11質(zhì)量％的量的馬來(lái)酸，并攪拌15分鐘。接著加入離子交換水至全部組成成分的合計(jì)量達(dá)到100質(zhì)量％之后，通過(guò)用孔徑為5μm的過(guò)濾器進(jìn)行過(guò)濾，即得到為水系分散體的液體(I)A1。
3.4.1-2.液體(II)的調(diào)制用離子交換水進(jìn)行濃度調(diào)節(jié)，使得過(guò)氧化氫濃度達(dá)到5質(zhì)量％，即得到液體(II)B1。
3.4.2.第二研磨用水系分散體的研磨性能的評(píng)價(jià)混合100質(zhì)量份上述制成的液體(I)A1和6.38質(zhì)量份液體(II)B1，制成了化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體S6。此化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體S6的pH值為2.3。由于此化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體S6具有與在上述實(shí)施例1中制成的化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體S1相同的組成和pH值，因此化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體S6可以被看成是與在上述實(shí)施例1中制成的化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體S1相同的化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體。
在本實(shí)施例中，除了使用上述合成的化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體S6代替化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體S1而作為第二研磨用水系分散體之外，其它與實(shí)施例1相同地進(jìn)行了評(píng)價(jià)，獲得了與實(shí)施例1相同的結(jié)果。
3.5.實(shí)施例73.5.1.第二研磨用水系分散體(用于調(diào)制本發(fā)明第1種形式的化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體的試劑盒)的調(diào)制3.5.1-1.液體(I)的調(diào)制將按二氧化硅換算相當(dāng)于2.0質(zhì)量％的量的在上述“3.1.2-1.含有膠體二氧化硅粒子C1的水分散體的調(diào)制”中制成的含有膠體二氧化硅粒子C1的水分散體、按有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合粒子換算相當(dāng)于0.2質(zhì)量％的量的在上述“3.1.3.含有有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合粒子的水分散體的調(diào)制”中制成的含有有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合粒子的水分散體、以及按過(guò)氧化氫換算相當(dāng)于0.6質(zhì)量％的量的35質(zhì)量％過(guò)氧化氫水依次裝入聚乙烯制的瓶中，并攪拌15分鐘。接著加入離子交換水至全部組成成分的合計(jì)量達(dá)到100質(zhì)量％之后，通過(guò)用孔徑為5μm的過(guò)濾器進(jìn)行過(guò)濾，即得到為水系分散體的液體(I)A2。
3.5.1-2.液體(II)的調(diào)制向聚乙烯制的瓶中依次加入0.4質(zhì)量％苯并三唑、相當(dāng)于0.2質(zhì)量％的量的馬來(lái)酸，并攪拌15分鐘。接著加入離子交換水至全部組成成分的合計(jì)量達(dá)到100質(zhì)量％之后，通過(guò)用孔徑為5μm的過(guò)濾器進(jìn)行過(guò)濾，即得到為水系分散體的液體(II)A3。
3.5.2.第二研磨用水系分散體的研磨性能的評(píng)價(jià)混合上述制成的50質(zhì)量份液體(I)A2和50質(zhì)量份液體(II)A3，制成了化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體S7。此化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體S7的pH值為2.3。由于此化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體S7具有與在上述實(shí)施例1中制成的化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體S1相同的組成和pH值，因此化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體S7可以被看成是與在上述實(shí)施例1中制成的化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體S1相同的化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體。
在本實(shí)施例中，除了使用上述合成的化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體S7代替化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體S1而作為第二研磨用水系分散體之外，其它與實(shí)施例1相同地進(jìn)行了評(píng)價(jià)，獲得了與實(shí)施例1相同的結(jié)果。
3.6.實(shí)施例83.6.1.第二研磨用水系分散體(用于調(diào)制本發(fā)明第1種形式的化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體的試劑盒)的調(diào)制3.6.1-1.液體(I)的調(diào)制將按二氧化硅換算相當(dāng)于2.13質(zhì)量％的量的在上述“3.1.2-1.含有膠體二氧化硅粒子C1的水分散體的調(diào)制”中制成的含有膠體二氧化硅粒子C1的水分散體、和按有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合粒子換算相當(dāng)于0.21質(zhì)量％的量的在上述“3.1.3.含有有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合粒子的水分散體的調(diào)制”中制成的含有有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合粒子的水分散體依次裝入聚乙烯制的瓶中，并攪拌15分鐘。接著加入離子交換水至全部組成成分的合計(jì)量達(dá)到100質(zhì)量％之后，通過(guò)用孔徑為5μm的過(guò)濾器進(jìn)行過(guò)濾，即得到為水系分散體的液體(I)A4。
3.6.1-2.液體(II)的調(diào)制向聚乙烯制的瓶中依次加入0.43質(zhì)量％苯并三唑、相當(dāng)于0.21質(zhì)量％的量的馬來(lái)酸，并攪拌15分鐘。接著加入離子交換水至全部組成成分的合計(jì)量達(dá)到100質(zhì)量％之后，通過(guò)用孔徑為5μm的過(guò)濾器進(jìn)行過(guò)濾，即得到為水系分散體的液體(II)A5。
3.6.2.第二研磨用水系分散體的研磨性能的評(píng)價(jià)混合上述制成的50質(zhì)量份液體(I)A4、及50質(zhì)量份液體(II)A5、以及6.38質(zhì)量份液體(III)B1，制成了化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體S8。此化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體S8的pH值為2.3。由于此化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體S8具有與在上述實(shí)施例1中制成的化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體S1相同的組成和pH值，因此化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體S8可以被看成是與在上述實(shí)施例1中制成的化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體S1相同的化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體。
在本實(shí)施例中，除了使用上述合成的化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體S8代替化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體S1而作為第二研磨用水系分散體之外，其它與實(shí)施例1相同地進(jìn)行了評(píng)價(jià)，獲得了與實(shí)施例1相同的結(jié)果。
權(quán)利要求
1.化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體，其含有(A)成分無(wú)機(jī)粒子、(B)成分選自有機(jī)粒子及有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合粒子中的至少1種、(C)成分選自喹啉羧酸、喹啉酸、除喹啉酸以外的2元有機(jī)酸及羥基酸中的至少1種、(D)成分選自苯并三唑及其衍生物中的至少1種、(E)成分氧化劑、(F)成分水，其中，所述(A)成分的配合量為0.05～2.0質(zhì)量％，所述(B)成分的配合量為0.005～1.5質(zhì)量％，所述(A)成分的配合量WA與所述(B)成分的配合量WB的比WA/WB為0.1～200，而且pH值為1～5。
2.如權(quán)利要求1所述的化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體，其中，所述(C)成分的配合量為0.005～3.0質(zhì)量％。
3.如權(quán)利要求1所述的化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體，其中，所述(A)成分為二氧化硅粒子。
4.如權(quán)利要求1所述的化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體，其中，所述(D)成分為苯并三唑，而且其配合量為0.01～5.0質(zhì)量％。
5.如權(quán)利要求1所述的化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體，其中，所述(E)成分為過(guò)氧化氫，而且其配合量為0.01～5.0質(zhì)量％。
6.用于調(diào)制化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體的試劑盒，其是將液體(I)和液體(II)混合，用于調(diào)制權(quán)利要求1～5中的任一項(xiàng)所述的化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體的試劑盒，其中，所述液體(I)是水系分散體，含有(A)無(wú)機(jī)粒子、(B)選自有機(jī)粒子及有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合粒子中的至少1種、(C)選自喹啉羧酸、喹啉酸、除喹啉酸以外的2元有機(jī)酸及羥基酸中的至少1種、(D)選自苯并三唑及其衍生物中的至少1種以及(F)水，所述液體(II)含有(E)氧化劑和(F)水。
7.用于調(diào)制化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體的試劑盒，其是將液體(I)和液體(II)混合，用于調(diào)制權(quán)利要求1～5中的任一項(xiàng)所述的化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體的試劑盒，其中，所述液體(I)是水系分散體，含有(A)無(wú)機(jī)粒子、(B)選自有機(jī)粒子及有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合粒子中的至少1種以及(F)水，所述液體(II)含有(C)選自喹啉羧酸、喹啉酸、除喹啉酸以外的2元有機(jī)酸及羥基酸中的至少1種和(F)水。
8.用于調(diào)制化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體的試劑盒，其是將液體(I)、液體(II)及液體(III)混合，用于調(diào)制權(quán)利要求1～5中的任一項(xiàng)所述的化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體的試劑盒，其中，所述液體(I)是水系分散體，含有(A)無(wú)機(jī)粒子、(B)選自有機(jī)粒子及有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合粒子中的至少1種以及(F)水，所述液體(II)含有(C)選自喹啉羧酸、喹啉酸、除喹啉酸以外的2元有機(jī)酸及羥基酸中的至少1種以及(F)水，所述液體(III)含有(E)氧化劑和(F)水。
9.如權(quán)利要求7所述的用于調(diào)制化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體的試劑盒，其中，所述液體(I)進(jìn)一步含有從(C)選自喹啉羧酸、喹啉酸、除喹啉酸以外的2元有機(jī)酸及羥基酸中的至少1種、(D)選自苯并三唑及其衍生物中的至少1種以及(E)氧化劑中選出的1種或更多種成分。
10.如權(quán)利要求8所述的用于調(diào)制化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體的試劑盒，其中，所述液體(I)進(jìn)一步含有從(C)選自喹啉羧酸、喹啉酸、除喹啉酸以外的2元有機(jī)酸及羥基酸中的至少1種、(D)選自苯并三唑及其衍生物中的至少1種以及(E)氧化劑中選出的1種或更多種成分。
11.如權(quán)利要求7所述的用于調(diào)制化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體的試劑盒，其中，所述液體(II)進(jìn)一步含有從(A)無(wú)機(jī)粒子、(B)選自有機(jī)粒子及有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合粒子中的至少1種、(D)選自苯并三唑及其衍生物中的至少1種以及(E)氧化劑中選出的1種或更多種成分。
12.如權(quán)利要求8所述的用于調(diào)制化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體的試劑盒，其中，所述液體(II)進(jìn)一步含有從(A)無(wú)機(jī)粒子、(B)選自有機(jī)粒子及有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合粒子中的至少1種、(D)選自苯并三唑及其衍生物中的至少1種以及(E)氧化劑中選出的1種或更多種成分。
13.如權(quán)利要求9所述的用于調(diào)制化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體的試劑盒，其中，所述液體(II)進(jìn)一步含有從(A)無(wú)機(jī)粒子、(B)選自有機(jī)粒子及有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合粒子中的至少1種、(D)選自苯并三唑及其衍生物中的至少1種以及(E)氧化劑中選出的1種或更多種成分。
14.化學(xué)機(jī)械研磨方法，其中，包含如下過(guò)程在相同條件下分別對(duì)銅膜、金屬屏蔽膜及絕緣膜進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨時(shí)，使用銅膜的研磨速度RCu與金屬屏蔽膜的研磨速度RBM的比RCu/RBM為50或更大、而且銅膜的研磨速度RCu與絕緣膜的研磨速度RIn的比RCu/RIn為50或更大的化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體對(duì)被研磨物進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨之后，使用權(quán)利要求1～5中的任一項(xiàng)所述的化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體對(duì)該被研磨物進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨。
全文摘要
本發(fā)明提供化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體及采用該水系分散體的化學(xué)機(jī)械研磨方法，以及用于調(diào)制化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體的試劑盒。所述化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體含有(A)成分無(wú)機(jī)粒子、(B)成分選自有機(jī)粒子及有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合粒子中的至少1種粒子、(C)成分選自喹啉羧酸、喹啉酸、2元有機(jī)酸(但喹啉酸除外)及羥基酸中的至少1種酸、(D)成分選自苯并三唑及其衍生物中的至少1種、(E)成分氧化劑以及(F)成分水，其中，上述(A)成分的配合量為0.05～2.0質(zhì)量％，上述(B)成分的配合量為0.005～1.5質(zhì)量％，上述(A)成分的配合量(W
文檔編號(hào)B24B37/00GK1881539SQ200610080578
公開(kāi)日2006年12月20日 申請(qǐng)日期2006年5月17日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月17日
發(fā)明者內(nèi)倉(cāng)和一, 金野智久, 川橋信夫, 服部雅幸 申請(qǐng)人:Jsr株式會(huì)社